Передача, распределение и накопление электроэнергии

О реактивной мощности и гармониках для дилетантов в электроэнергетике. Часть третья

15 декабря 2022 г. в 10:19

Анонс: почему важно знать о гармониках в силовых сетях объектов. Что такое гармоники, как они возникают и какие последствия высокого уровня гармонических искажений.

В последние годы много обсуждений и интереса вызвала тема качества электроэнергии. Это неудивительно, ведь если в прошлом электроэнергия, получаемая от распределительных электросетей и используемая промышленными предприятиями, обычно имела чистую синусоидальную форму волны тока, напряжения, то сегодня на разных объектах все чаще сталкиваются с проблемой гармонических искажений. Эти искажения проявляются в виде кратковременных переходных или постоянных непрерывных процессов, а источники загрязнений могут быть внешними по отношению к силовой сети объекта (например, соседнее предприятие генерирует гармоники), или находиться внутри собственной инфраструктуры.

Гармонические искажения обычно связаны с более активным использованием на коммерческих, промышленных предприятиях регулируемых приводов, источников питания и других устройств, использующих полупроводниковое переключение. Однако гармонические искажения могут генерироваться любой из множества нелинейных нагрузок, и, учитывая негативы гармоник, важно, чтобы инженер или персонал предприятия понимал основы гармонических искажений, знал, как распознать симптомы этой проблемы, что можно сделать для ее решения.

Что такое гармоники?

Гармоника — компонент периодической волны с частотой, кратной основной частоте линии электропередачи 50 Гц. Например, 250 Гц (5×50 Гц) — это гармоника 5-го порядка основной частоты и на рис. ниже показана результирующая волна при объединении основной и 5-й гармоники, которая по факту искажает синусоиду.

Результирующая волна
Результирующая волна при объединении основной и 5-й гармоники

Гармоники, обычно наблюдаемые в энергосистеме, упрощенно можно разделить на две различные группы по характеру проблем, которые они создают, и по способам их устранения:

  • доминирующие гармоники, создаваемыми трехфазными нелинейными нагрузками — 5-я, 7-я, 11-я, 13-я и более высокие нечетные, которые не кратны трем;
  • гармоники, создаваемые в основном однофазными нелинейными нагрузками — 3-го порядка и более высокие, кратные трем.

Гармоники — это стационарное явление, и их не следует путать с кратковременными процессами, длящимися менее нескольких циклов синусоиды. Переходные процессы, электрические помехи, скачки перенапряжения и провалы напряжения в питающей сети по своей природе не являются гармоническими, и некоторые из этих кратковременных возмущений напряжения или тока могут быть ослаблены с помощью сетевых реакторов или разделительных трансформаторов. Уровень гармонических искажений напряжения или тока, существующих в любой точке энергосистемы, может быть выражен в виде полного гармонического искажения (THD) формы тока или напряжения.

Каковы последствия высокого уровня гармонических искажений?

Подобно тому, как высокое кровяное давление может вызвать стресс и серьезные проблемы в организме человека, высокий уровень гармонических искажений негативно влияет на энергосистему предприятия, а также буквально на все оборудование в силовой сети. Результатом может быть аварийное отключение и одного агрегата, и целой линии с остановкой производственно-технологического процесса. Это вызывается скачками напряжения, которые создают дополнительную нагрузку на изоляцию двигателей и кабелей, что в конечном итоге может привести к пробою и разрушению.

Кроме того, гармоники увеличивают среднеквадратичный ток, а это повышает рабочую температуру многих элементов оборудования, значительно сокращая срок его службы. Причем гармонические искажения тока и напряжения обычно сосуществуют вместе, хотя их последствия могут быть разными.

Здесь необходимо отметить два очень важных момента:

  • потребитель несет ответственность за поддержание искажений тока в допустимых пределах, в то время как распределительная компания — за ограничение искажений напряжения;
  • ограничения применимы только в точке общего подключения (PCC) между электросетевой компанией и потребителем, т.е. не к распределительным щитам или отдельному оборудованию на предприятии.

Как возникают гармоники?

Гармоники возникают из-за нелинейной нагрузки, потребляющей ток несинусоидальной формы. До недавнего времени большинство заводских нагрузок были в основном линейными, а форма волны тока точно соответствовала синусоидальной форме волны напряжения и изменялась пропорционально нагрузке. Однако в последнее время резко возросло количество нелинейных нагрузок, генерирующих гармонические возмущения — некоторые электродвигатели энергосберегающее освещение, приводы постоянного тока, переменной частоты, программируемые контроллеры, индукционные и дуговые печи, твердотельные источники бесперебойного питания, сварочные аппараты и т. д.

Нелинейные нагрузки, вызывающие наибольшее количество проблем, можно упрощенно разделить на две категории — электронные преобразователи мощности и дуговые устройства. Электронные преобразователи мощности, например, приводы с регулируемой скоростью и источники питания, вносят наибольший вклад в гармонические искажения на современных предприятиях. Электронный преобразователь мощности переводит электрическую энергию из одной формы в другую, обычно путем выпрямления (из переменного в постоянное), а затем синтеза нового переменного напряжения. Это изменение осуществляется с помощью полупроводников — тиристоров, диодов, транзисторов, используемых для периодического переключения в проводящих цепях преобразователя. На рисунке ниже показан типичный спектр гармонического тока для 6-импульсного электронного преобразователя мощности.

Некоторые распространенные названия, которые обычно ассоциируются с электронными преобразователями мощности — приводы с регулируемой скоростью, частотно-регулируемые, SCR-приводы, приводы двигателей переменного (AC/DC/AC), постоянного тока (AC/DC) тока, трехфазные полноволновые выпрямители и преобразователи.

О том, какое отношение имеют установки повышения коэффициента мощности к гармоникам в следующем материале цикла.

О реактивной мощности и гармониках для дилетантов в электроэнергетике. Часть первая
О реактивной мощности и гармониках для дилетантов в электроэнергетике. Часть вторая

#гармоники #укрм

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Завод конденсаторных установок «МИРКОН» осуществляет полный цикл мероприятий по вопросам компенсации реактивной мощности.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Дроссели ДР-12, 5-134-6, 64-19 12, 5 кВАР

Сетевой реактор (дроссель) является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т.д. (250Гц, 350Гц, 550Гц). Такие реакторы ограничивают скорость нарастания стартового тока в цепи и взаимное влияние преобразователей, запитанных от одного и того же трансформатора. Процесс коммутации протекает плавно, коммутационные перенапряжения подавляются. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется при питании от сети, к которой подключены нелинейные элементы, создающие существенные искажения. Преимущества применения сетевых реакторов производства ПЗСТ: — Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения; — Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ; — Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети, тем самым предотвращают аварии. На сегодняшний день ООО «Псковский Завод Силовых Трансформаторов» - современное, динамично развивающееся предприятие Северо-Западного региона Российской Федерации, занимающее высокую позицию в развитии экономики региона. Успех компании - в сочетании богатого опыта, современного производственного оборудования, новых технологий и, конечно же, команды профессионалов. ООО «ПЗСТ» специализируется на разработке и серийном производстве широкого спектра сухих трансформаторов и трансформаторного оборудования мощностью до 1 000 кВА. В настоящее время ООО «ПЗСТ» обладает всем перечнем высокоточного технологического оборудования, необходимого для полного цикла производства выпускаемой нами продукции. Команда профессиональных специалистов постоянно работает над улучшением технических параметров нашей продукции.Несмотря на молодость, коллектив нашего предприятия состоит из высококвалифицированных специалистов, имеющих многолетний опыт работы в сфере производства трансформаторов и трансформаторного оборудования.
Нефёдов Алексей · ПЗСТ · 12 апреля · Россия · Псковская обл
Дроссели ДР-12, 5-134-6, 64-19 12, 5 кВАР

ПРОДАМ: Дроссели ДР-10-189-3, 07-21, 4 12, 5 кВАР

Сетевой реактор (дроссель) является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т.д. (250Гц, 350Гц, 550Гц). Такие реакторы ограничивают скорость нарастания стартового тока в цепи и взаимное влияние преобразователей, запитанных от одного и того же трансформатора. Процесс коммутации протекает плавно, коммутационные перенапряжения подавляются. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется при питании от сети, к которой подключены нелинейные элементы, создающие существенные искажения. Преимущества применения сетевых реакторов производства ПЗСТ: — Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения; — Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ; — Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети, тем самым предотвращают аварии. На сегодняшний день ООО «Псковский Завод Силовых Трансформаторов» - современное, динамично развивающееся предприятие Северо-Западного региона Российской Федерации, занимающее высокую позицию в развитии экономики региона. Успех компании - в сочетании богатого опыта, современного производственного оборудования, новых технологий и, конечно же, команды профессионалов. ООО «ПЗСТ» специализируется на разработке и серийном производстве широкого спектра сухих трансформаторов и трансформаторного оборудования мощностью до 1 000 кВА. В настоящее время ООО «ПЗСТ» обладает всем перечнем высокоточного технологического оборудования, необходимого для полного цикла производства выпускаемой нами продукции. Команда профессиональных специалистов постоянно работает над улучшением технических параметров нашей продукции.Несмотря на молодость, коллектив нашего предприятия состоит из высококвалифицированных специалистов, имеющих многолетний опыт работы в сфере производства трансформаторов и трансформаторного оборудования.
Нефёдов Алексей · ПЗСТ · 11 апреля · Россия · Псковская обл
Дроссели ДР-10-189-3, 07-21, 4 12, 5 кВАР

ПРОДАМ: Дроссели ДР-70-134-1, 16-108 70 кВАР

Сетевой реактор (дроссель) является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т.д. (250Гц, 350Гц, 550Гц). Такие реакторы ограничивают скорость нарастания стартового тока в цепи и взаимное влияние преобразователей, запитанных от одного и того же трансформатора. Процесс коммутации протекает плавно, коммутационные перенапряжения подавляются. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется при питании от сети, к которой подключены нелинейные элементы, создающие существенные искажения. Преимущества применения сетевых реакторов производства ПЗСТ: — Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения; — Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ; — Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети, тем самым предотвращают аварии. На сегодняшний день ООО «Псковский Завод Силовых Трансформаторов» - современное, динамично развивающееся предприятие Северо-Западного региона Российской Федерации, занимающее высокую позицию в развитии экономики региона. Успех компании - в сочетании богатого опыта, современного производственного оборудования, новых технологий и, конечно же, команды профессионалов. ООО «ПЗСТ» специализируется на разработке и серийном производстве широкого спектра сухих трансформаторов и трансформаторного оборудования мощностью до 1 000 кВА. В настоящее время ООО «ПЗСТ» обладает всем перечнем высокоточного технологического оборудования, необходимого для полного цикла производства выпускаемой нами продукции. Команда профессиональных специалистов постоянно работает над улучшением технических параметров нашей продукции.Несмотря на молодость, коллектив нашего предприятия состоит из высококвалифицированных специалистов, имеющих многолетний опыт работы в сфере производства трансформаторов и трансформаторного оборудования.
Нефёдов Алексей · ПЗСТ · 11 апреля · Россия · Псковская обл
Дроссели ДР-70-134-1, 16-108 70 кВАР

ПРОДАМ: Сглаживающие реакторы

АО «Группа «СВЭЛ» предлагает сглаживающие реакторы. Сглаживающий реактор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи с целью уменьшения содержания высших гармоник (пульсаций) в выпрямленном токе. Пульсации должны быть в пределах до 10 % от величины постоянного тока. Основная частота переменной составляющей тока — 300 Гц. Сглаживающий реактор обычно соединяется последовательно с выпрямителем, таким образом, через него протекает весь ток нагрузки. Стоит отметить, что ограничивается только переменная составляющая тока, то есть электрические потери в реакторе минимальны. Использование сердечника из электротехнической стали, позволяет снизить магнитные потери и создать значительную индуктивность при малых габаритах. Сглаживающие реакторы, разработанные на нашем предприятии, предназначены для включения последовательно в цепь постоянного тока с целью снижения пульсаций тока. Как правило, они применяются на линиях постоянного тока напряжением до 2000 В, в системах управления, например, для регулирования скорости вращения частотно регулируемых приводов. Так же сглаживающие реакторы нашли широкое применение в приводах постоянного тока прокатных станов с тиристорными преобразователями. Сглаживающие реакторы устанавливаются со стороны преобразователя. Реакторы изготавливаются на классы напряжения до 2 кВ, а также 6 и 10 кВ. Климатическое исполнение реакторов У, УХЛ, О по ГОСТ 15150-69 и 15543.1-89, категория размещения 3, 4 по ГОСТ 15150-69, охлаждение естественное воздушное. Степень защиты IP21 — защищенное исполнение, IP00 — незащищенное, или другое по требованию заказчика. Реакторы соответствуют техническим условиям 0ЭТ.517.004 ТУ.
Завьялова Екатерина · Группа СВЭЛ · 12 апреля · Россия · Свердловская обл
Сглаживающие реакторы

ПРОДАМ: Дроссели ДР-25-134—3, 32-39 25 кВАР

Сетевой реактор (дроссель) является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т.д. (250Гц, 350Гц, 550Гц). Такие реакторы ограничивают скорость нарастания стартового тока в цепи и взаимное влияние преобразователей, запитанных от одного и того же трансформатора. Процесс коммутации протекает плавно, коммутационные перенапряжения подавляются. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется при питании от сети, к которой подключены нелинейные элементы, создающие существенные искажения. Преимущества применения сетевых реакторов производства ПЗСТ: — Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения; — Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ; — Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети, тем самым предотвращают аварии. На сегодняшний день ООО «Псковский Завод Силовых Трансформаторов» - современное, динамично развивающееся предприятие Северо-Западного региона Российской Федерации, занимающее высокую позицию в развитии экономики региона. Успех компании - в сочетании богатого опыта, современного производственного оборудования, новых технологий и, конечно же, команды профессионалов. ООО «ПЗСТ» специализируется на разработке и серийном производстве широкого спектра сухих трансформаторов и трансформаторного оборудования мощностью до 1 000 кВА. В настоящее время ООО «ПЗСТ» обладает всем перечнем высокоточного технологического оборудования, необходимого для полного цикла производства выпускаемой нами продукции. Команда профессиональных специалистов постоянно работает над улучшением технических параметров нашей продукции.Несмотря на молодость, коллектив нашего предприятия состоит из высококвалифицированных специалистов, имеющих многолетний опыт работы в сфере производства трансформаторов и трансформаторного оборудования.
Нефёдов Алексей · ПЗСТ · 11 апреля · Россия · Псковская обл
Дроссели ДР-25-134—3, 32-39 25 кВАР
Lovato Electric — компания с высоким статусом среди крупных игроков мирового рынка электротехники. Благодаря своим широчайшим компетенциям, долгосрочному стратегическому планированию, глубоким исследованиям рыночной конъюнктуры и научно-исследовательской работе в электротехнической сфере Lovato Electric выступает признанным лидером среди аналогичных предприятий, предлагая потребителям лишь лучший продукт.